В процессе, известном как направленная эволюция, ученые реорганизуют биомолекулы, чтобы найти те, которые выполняют полезные новые функции.
Это революция в области разработки лекарств, химического машиностроения и других применений, но для ее реализации требуется кропотливая и трудоемкая лабораторная работа. Технологические инновации могут быть использованы для быстрого создания новых антител и фармацевтических ферментов.
Результаты научной работы
В исследовании, опубликованном в журнале Cell, ученые из Калифорнийского университета (University of California) сообщили, что они ускорили и упростили направленную эволюцию. Соединив специально сконструированную систему репликации ДНК с дрожжами, ученые смогли спровоцировать отобранные гены быстро и стабильно мутировать и развиваться по мере воспроизводства клеток дрожжей.
«Двигая высокие темпы диверсификации в клетки целенаправленно, мы можем оказывать давление на эти клетки, чтобы они эволюционировали из любых генов по нашему выбору», — сказал автор исследования Арджун Равикумар (Arjun Ravikumar). «Наша работа привела к тому, что эволюция стала чрезвычайно быстрым, простым и масштабируемым процессом».
Раньше, чтобы экранировать биомолекулы и увидеть, была ли достигнута желаемая функция, ученым необходимо было построить библиотеку ДНК в пробирке и вставить эту ДНК в клетки. Это был трудоемкий процесс. Ученые устранили этот шаг в своем новом подходе, позволяя внутреннему механизму клетки выполнять всю работу.
По словам соавтора исследования Чанга Лю (Chang Liu), при использовании направленной эволюции для создания лучшего фермента или белка — работы, получившей Нобелевскую премию по химии в этом году, число эволюционных циклов становится очень важным, поскольку каждый из них можно рассматривать как шаг к новой или улучшенной функции.
«Но если каждый цикл требует повторной обработки молекулярной биологии ДНК в пробирке, вы можете разумно пройти только несколько итераций», — сказал он.
«Напротив, естественная эволюция непрерывно протекает циклами, путем культивирования клеток с течением времени в среде, которая оказывает на них давление, чтобы создать какую-то новую функцию. Проблема с точки зрения биомолекулярной инженерии заключается в том, что процесс происходит очень медленно», — добавил Лю.
В дополнение к ускорению и упрощению направленной эволюции, Лю сказал, что эта новая техника может позволить ученым выполнять дополнительные типы экспериментов, с которыми им было трудно справляться в прошлом.
«Существует множество способов решения конкретной эволюционной проблемы, такой как лекарственная устойчивость. Поэтому способность проводить эволюционные эксперименты позволяет нам понимать больше возможностей, давая терапевтически релевантные сведения о том, как возникает сопротивление”, — сказал Лю.
Будущая работа будет сосредоточена на получении новой платформы для непрерывного развития антител к болезням и ценных ферментов для синтеза лекарств, добавил он.
«Вместо того, чтобы вводить антиген в животное, чтобы изолировать антитело, представьте, что вы просто помещаете его в культуру дрожжевых клеток и получаете его как специфическое антитело», — сказал он. «Это может революционизировать то, как эти и другие белковые препараты обнаруживаются и развиваются».
Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold) сказала: «Направленная эволюция — это мощный способ построить новые белки, но это, безусловно, может выиграть от технологических инноваций. Техника, разработанная Лю и Равикумаром, будет стимулировать новые приложения и новые направления исследований, которые будут продолжать расширять нашу способность создавать новую ДНК».
Авторы другого исследования утверждают, что в ближайшее время расшифровка кода ДНК поможет в диагностике заболеваний.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
